Top 6 apparaten om door gas gedragen verontreinigende stoffen te verwijderen

Dit artikel werpt licht op de zes beste apparaten om door het gas veroorzaakte verontreinigende stoffen te verwijderen. De apparaten zijn: 1. Gravity Settler 2. Inertial Separator 3. Centrifugal Separator 4. Filters 5. Elektrostatische Precipitator en 6. Scrubbers.

Apparaat # 1. Zwaartekracht Settler:

Wanneer een met stof beladen gasstroom door een kamer stroomt, ervaren de stofdeeltjes de volgende krachten in de verticale richting:

(i) een zwaartekracht die naar beneden werkt,

(ii) een drijvende kracht die opwaarts werkt, en

(iii) Een sleepkracht in de richting tegengesteld aan de bewegingsrichting van de deeltjes.

Als resultaat bereiken de deeltjes een netto neerwaartse snelheid, die onder stabiele toestand wordt aangeduid als de eindsnelheid, U r . De deeltjes ervaren ook een snelheid in de horizontale richting, die hetzelfde zou zijn als die van het dragergas (ervan uitgaande dat er geen slip is bij de gasdeeltjesgrens).

De stofdeeltjes, die in de kamer worden vastgehouden, worden gescheiden van de draaggasstroom en de rest wordt weggevoerd. Zo'n kamer wordt een zwaartekracht-kolonist genoemd.

De mate van stofverwijdering uit een gasstroom in een gravity settler hangt af van de volgende factoren:

(i) gassnelheid in de kamer,

(ii) Deeltjesgrootteverdeling,

(iii) De eindsnelheden van de deeltjes, die op hun beurt afhankelijk zijn van de deeltjesgroottes, deeltjesdichtheden, gas (drager) snelheid en gasdichtheid.

(iv) De lengte van de kamer, en

(v) De hoogte van de kamer.

Zwaartekracht kolonisten zijn van twee soorten:

(i) Enkele kamer (zonder enige lade aan de binnenkant) en

(2) Kamer met meerdere laden (ook bekend als Howard settler).

Figuur 4.2 toont schetsen van zwaartekracht kolonisten.

In de bouw is een enkele kamer de goedkoopste. De vastgehouden stofdeeltjes worden verzameld in een hopper / hoppers aan de basis van waaruit de deeltjes van tijd tot tijd worden verwijderd. Een kamer met meerdere schotels zou duurder zijn en zou een aantal enigszins hellende trays hebben met een uniforme opening tussen de trays. De trays zijn voorzien van een geschikte mechanische inrichting, zodat de geaccumuleerde stoflagen op de trays kunnen worden verwijderd zonder onderbreking van het stromingsproces.

De kolonisten kunnen van elk metaal zijn gemaakt, dat in staat is om de gastemperatuur, de corrosieve omgeving en afslijting van deeltjes te weerstaan. Er zijn geen druk- en temperatuurbeperkingen voor wat betreft het intredegas. Het kan nodig zijn om een ​​bezinker te isoleren om te voorkomen dat het influentgas onder zijn dauwpunt en de daaruit voortvloeiende dampcondensatie wordt afgekoeld.

In een enkele kamer koloniet deeltjes groter dan 40 (am kan efficiënt worden verwijderd, terwijl een goed ontworpen kamer met meerdere laden deeltjes kan verwijderen zo klein als 10 pm.) Een van de belangrijkste voordelen van een zwaartekracht kolonist is de lage drukval.

De totale drukval kan worden berekend door de drukdalingen toe te voegen vanwege:

(i) uitbreiding van de toegang,

(ii) Wrijvingsverlies in de kamer zelf en

(iii) Samentrekking verlaten.

Gravity Settler Design Approach:

Voor het ontwerpen van een gravity settler is de volgende informatie vereist in consistente eenheden:

1. Volumetrisch gasdebiet,

2. Stofdeeltjesgrootte en massadistributieanalyse (dpi versus m dpi ),

3. Gemiddelde deeltjesdichtheid, P p,

4. Gasdichtheid en viscositeit, Pg, p g, en

5. Het gewenste verwijderingsrendement (ᶯ dpi ) van de beoogde deeltjesgrootte.

Er is eerder vermeld dat een deeltje met een diameter van dpi een eindsnelheid U t, dpi bereikt als gevolg van de krachten (die al worden genoemd) die erop werken. De uitdrukking voor U t, . dpj werkt zo

De deeltjes, die normaal gesproken geïnteresseerd zijn in het verwijderen in een zwaartekracht-kolonist, zouden niet al te fijn zijn, daarom kan dpi van dergelijke deeltjes worden berekend met behulp van de vergelijking. (4.7), die wordt verkregen door aan te nemen

en substitueren hetzelfde in Vgl. (4.2)

Hier moet worden vermeld dat voor ontwerpdoeleinden wordt aangenomen dat de deeltjes hun respectievelijke eindsnelheden zouden bereiken onmiddellijk na het binnengaan van een bezinkkamer.

De grootte van een zwaartekracht-kolonist kan worden bereikt via de volgende stappen:

Stap I:

Evalueer de u t, dpi voor alle deeltjesgroottes met behulp van de Eqs. (4.2) tot (4.6) of Vgl. (4.7) afhankelijk van de dp.

Stap II:

Selecteer een geschikte lineaire gassnelheid U door de voorgestelde kolonist. Als een algemene regel varieert U tussen 0, 3-3 m / s. Gewoonlijk wordt het als 0, 3 tot 0, 6 m / s genomen.

Stap III:

Bepaal de lengte van de kolonel L. Er wordt besloten op basis van de beschikbare ruimte voor installatie van de bezinker of om te voldoen aan de toegestane drukval over de kolonist of om beide te voldoen.

Stap IV:

Evalueer de verblijftijd in de kamer, τ

waar τ = L / U

Stap V:

Schat de settlerhoogte H. De vergelijkingen / relaties die moeten worden gebruikt voor het schatten van H hangt af van of de voorgestelde kolonist een kolonist met een enkele kamer of een settler met meerdere bakken is en of de stroming binnen de kolonist laminair of turbulent is.

Stap VI:

De breedte W van de kamer moet worden geschat met behulp van de relatie W = Q / HU, verkregen door het balanceren van de volumestroomsnelheid,

waarbij Q = volumestroomsnelheid van het dragergas.

(A) Een Single Chamber Settler, Laminar Flow Conditie:

De kolonistenhoogte, H, wordt geschat op basis van de gewenste verwijderingsefficiëntie van de beoogde deeltjesgrootte, dpi, met behulp van de relatie.

Voor de deeltjes met andere groottes dan dpi wordt de verwijderingsefficiëntie berekend met behulp van de relatie.

Met behulp van de tot nu toe verkregen informatie wordt de algehele efficiëntie van de kolonist geschat met behulp van de relatie.

Opgemerkt moet worden dat η dp een maximale waarde van 1, 0 kan hebben.

In het geval dat de berekende waarde van η in het algemeen niet voldoet aan de gewenste prestatie van de kolonist, dan zijn de VGM's. (4.8) tot (4.10) moeten worden herwerkt op basis van een nieuwe (veronderstelde) dpi of een nieuwe (verondersteld) η dpj of een nieuwe set van dpi en η dpi tot aan het gewenste prestatiecriterium is voldaan.

(B) Single Chamber Settler, Turbulent Flow Conditie:

De settlerhoogte H wordt geschat op basis van de doeldeeltjesgrootte dpi en uitgaande van een scheidingseffect η dpi = 1 = 1 met behulp van de relatie

,

Voor elk van de andere deeltjes met een diameter van dp = D dpi wordt de bezinkingshoogte h dp berekend met behulp van Vgl. (4. 12).

Vervolgens worden de verwijderingsefficiënties van elk van de verschillende deeltjesgroottes met dp <dpi berekend met behulp van de Vgl. (4.13)

De scheidingsefficiëntie van de deeltjes met dp> dpi wordt als 1, 0 genomen. De totale verwijderingsefficiëntie van alle deeltjes wordt uiteindelijk geëvalueerd met behulp van Verg. (4.10).

Ingeval de berekende totale prestaties gebaseerd op Vgl. (4.10) komt niet overeen met de gewenste uitvoering van de Eqs. (4.10), (4.11), (4, 12) en (4.13) zijn herwerkt en kiezen een andere doeldeeltjesgrootte dpi totdat de gewenste prestatie is bereikt.

(C) Settler-ontwerp met meerdere laden :

In het geval van een settler met meerdere laden is de afstand tussen twee opeenvolgende schotels He van belang. Het is over het algemeen in de orde van 30 cm. Het aantal trays in een kamer, N, wordt geschat met behulp van de relatie,

N = (H / H t ). (4.14)

Herschikken van Eq. (4.14) de hoogte van de kamer mag worden uitgedrukt als

Het is duidelijk dat voor schatting van H, H t en N vooraf moeten worden gekozen.

Zodra H t is vastgesteld, moeten de algehele prestaties van een settler met meerdere laden worden geschat met behulp van de juiste Eqs. (4.2) tot (4.13) afhankelijk van of de stroom waarschijnlijk laminair of turbulent is. De relatie die moet worden gebruikt voor de schatting van W zou zijn

W = Q / NH, U

Als de prestaties van de voorgestelde kolonist niet bevredigend blijken te zijn, moet het probleem worden herwerkt, uitgaande van een nieuwe N.

Het deeltje met de minimale grootte dat in een bepaalde kolonist tot een gewenste mate zou worden verwijderd, kan worden uitgedrukt als

Waarbij g = versnelling als gevolg van de zwaartekracht.

Hier dient te worden opgemerkt dat de werkelijke efficiëntie van een settler minder zal zijn dan de berekende met behulp van Eq. (4.10), vanwege de volgende redenen:

(i) meevoering van de bezonken deeltjes,

(ii) Deeltjes bereiken hun terminale snelheden niet snel na het betreden van een kolonist, en

(iii) Niet-sferische vorm van de deeltjes.

Voorbeeld 4.1:

Er wordt voorgesteld om een ​​zwaartekracht-bezinker te installeren voor het volledig verwijderen van stofdeeltjes met een diameter van 40 pm uit een draaggas.

De andere relevante informatie is:

Carriergasstroomsnelheid = 21, 600 m 3 / uur. bij 50 ° C en druk enigszins boven 1 atm,

Deeltjesdichtheid (p p ) = 2, 5 g / cm3.

De fysische eigenschappen van het dragergas kunnen worden genomen als die van lucht bij de bedrijfstoestand.

Vind:

(a) Geschikte afmetingen van een kolonist met enkele kamer uitgaande van laminaire stroming in de kamer,

(b) Het verwijderingsrendement van dezelfde settler als de stroming in de kamer turbulent is,

(c) Als dezelfde settler wordt uitgerust met trays op ongeveer 30 cm afstand, welke deeltjes van minimale grootte kunnen met 100 procent efficiëntie worden verwijderd?

Oplossing:

(a) aannames van kolonisten van een enkele kamer:

(i) Stroom binnen de kolonist zou laminair zijn,

(ii) Bezinking deeltje Reynolds nummer (Re p ) zou minder zijn dan 2,

(iii) Dragergassnelheid door de bezinker, U = 0, 4 m / s.

Carrier gasdichtheid (p g ) bij 50 ° C en 1 atm.

De dimensies van een kolonist kunnen worden geschat met behulp van de volgende relaties als de stroming in de bezinker laminair is.

Aangezien r niet is gespecificeerd, worden verschillende waarden van x aangenomen en worden de overeenkomstige waarden van L, H en W als volgt berekend:

De afmetingen van een geschikte kolonist hangen af ​​van de beschikbare ruimte voor de installatie. Laat de voorgestelde kolonelafmetingen zijn

L = 8 m, H = 2, 29 m en W = 6, 55 m overeenkomstig met r = 20 s

Nu moet worden gecontroleerd of de stroming binnen de kolonist laminair of turbulent zou zijn door het berekenen van het Reynoldsgetal,

Vandaar dat de stroom binnen de kolonist turbulent zou zijn.

(b) Aangezien de stroming binnen de kolonist turbulent zou zijn, moet de efficiëntie ervan geschat worden met behulp van Verg. (4.13)

(c) Als de voorgestelde kolonist wordt uitgerust met trays op ongeveer 30 cm van elkaar, zou het aantal trays in de settler zijn

Dit zou resulteren in een schotelafstand, H t = 2.29 / 8 = 0.28 m

De lineaire gassnelheid in de settler zou zijn

Daarom zou de stroom turbulent zijn.

Omdat de stroming in de multi-tray settler turbulent zou zijn, kunnen de deeltjes met de minimale afmeting die volledig zouden worden verwijderd worden berekend met behulp van Vgl. (4, 16)

Volledige verwijdering betekent n dpi = 1, maar substitutie van n dpi = 1 in de bovenstaande vergelijking zou resulteren in een onbepaalde dpi. Vandaar dat η dpi wordt genomen als 0, 999 en en dpi wordt berekend met behulp van Vgl. (4.16).

Device # 2. Inertiële scheidingsteken:

Gesuspendeerde vaste deeltjes gedragen door een gasstroom bereiken bijna dezelfde snelheid als de gasstroom zelf. Dientengevolge worden het momentum en dus de traagheid (van beweging) van de grotere en dichtere deeltjes meer vergeleken met die van de lichtere en fijnere deeltjes. Wanneer een dergelijke gasstroom de stromingsrichting binnenin een inrichting verandert, blijft de stroomrichting van de deeltjes met een hogere traagheid de oude (vorige) richting volgen en uiteindelijk tot stilstand komen na botsen op een oppervlak.

De lichtere en fijnere deeltjes worden meegesleurd door de gasstroom zelf, terwijl de sleepkracht de traagheid overwint. Een dergelijke uitrusting wordt aangeduid als een "traagheidsafscheider". Het stofverwijderingsrendement van een traagheidsafscheider kan alleen worden verbeterd door de sleepkracht op de deeltjes te verminderen. Dit kan worden bereikt door de gassnelheid in de scheidingszone te verlagen. Traagscheiders zijn van verschillende typen. Figuur 4.3 toont schetsen van sommige soorten traagheidsafscheiders.

De intredende gassnelheid in een traagheidsafscheider kan ongeveer 10 m / s zijn en die in de scheider is normaal ongeveer 1 m / s. De afmeting van een traagheidsafscheider is gewoonlijk kleiner dan die van een zwaartekracht-settler met een vergelijkbare capaciteit en efficiëntie, maar de drukval zou hoger zijn. Voor een traagheidsafscheider is er geen druk- en temperatuurbeperking.

Apparaat # 3. Centrifugaalseparator:

Een centrifugaalseparator is algemeen bekend als een cycloonscheider. Het is een inertiaaltype separator, maar de kracht die scheiding teweegbrengt, is centrifugaal. Het bovenste gedeelte is cilindrisch, terwijl het onderste gedeelte een omgekeerde afgeknotte kegel is. Met stof beladen gas komt de cilinder nabij de bovenkant binnen via een zijopening of axiaal door de bovenkant met een tangentiële snelheid. Het schone gas komt aan de bovenkant uit via een centrale, ronde uitlaat. De afgescheiden vaste deeltjes worden afgevoerd via een centrale uitlaat aan de onderkant.

In het geval van een cycloon aan de zijkant wordt de inlaat naar de cycloon tangentieel geplaatst en dus verkrijgt het binnenkomende gas een tangentiële snelheid. De axiale intredingscyclonen zijn uitgerust met schoepen om een ​​tangentiële snelheid aan het binnenkomende gas te geven.

Het met stof beladen gas na het binnengaan van een cycloon beweegt naar beneden als een dalende buitenwervel vanwege zijn tangentiële snelheid, bereikt bijna de top van de kegel en dan keert het zijn richting om en beweegt omhoog als een opgaande innerlijke werveling. Uiteindelijk verlaat het gas de cycloon via een centraal gelegen uitlaat aan de bovenkant.

De grotere en zwaardere stofdeeltjes bewegen naar beneden toe samen met de spiraalvormig bewegende gasstroom en ervaren een middelpuntvliedende kracht, waardoor ze naar de muur migreren. Uiteindelijk glijden ze naar beneden naar de onderste uitlaat, die in het algemeen is uitgerust met een roterende klep. De fijnere en lichtere deeltjes worden meegevoerd door de uitgaande gasstroom.

De centrifugaalkracht die op een deeltjesmassa m inwerkt, kan worden uitgedrukt als:

Van Eq. (4.18) Het is duidelijk dat voor een deeltje met een diameter P p en dichtheid pp de daarop werkende centrifugaalkracht recht evenredig is met u tan en omgekeerd evenredig met R. Vandaar dat de efficiëntie van de verwijdering in een cycloon zou toenemen met de toename in U tan af met de toename in R.

Cyclonen met diameters van 1 m of meer kunnen hogere gasstroomsnelheden aan, maar zijn minder efficiënt in het verwijderen van deeltjes die kleiner zijn dan 30 pm. Drukval over een dergelijke cycloon kan ongeveer 2, 5-15 cm water zijn. Cyclonen met een diameter van 30 cm of minder worden cyclonen met hoog rendement genoemd.

Hun gasverwerkingscapaciteit is minder maar ze zijn vrij efficiënt in het verwijderen van deeltjes zo klein als 10 pm. De drukval over een kleine cycloon bedraagt ​​gewoonlijk ongeveer 10 cm tot 30 cm water. Vanwege hun lage gasbehandelingscapaciteit worden meerdere cyclonen vaak parallel bediend en in een enkele behuizing geplaatst. Een dergelijk samenstel wordt een multicycloon genoemd.

Figuur 4.4 toont een schets van een standaardcycloon. De afmetingen van de verschillende delen van een dergelijke cycloon worden uitgedrukt als verhoudingen tot de diameter ervan. Deze verhoudingen verschillen enigszins, afhankelijk van het cycloontype. Cyclonen worden geclassificeerd als hoogrenderende, middelmatige efficiëntie en conventionele cycloon. In Tabel 4.5 worden de relatieve afmetingen van de bovengenoemde soorten cyclonen weergegeven.

De voordelen van een cycloonafscheider zijn de eenvoud in constructie en lagere kosten. Omdat er geen bewegende delen in een cycloon zijn, zijn de onderhoudskosten laag. Het vereist minder vloeroppervlak. Een goed ontworpen cycloon kan worden gebruikt bij een druk zo hoog als 500 atm en temperatuur zo hoog als 1000 ° C.

Ontwerpbenadering van een cycloonafscheider:

Om een ​​cycloon te ontwerpen, moet de analyse van de grootte van de stofdeeltjes in een influentgasstroom beschikbaar zijn. De deeltjesgrootte d50 moet ook bekend zijn. d 5Q staat voor de deeltjesdiameter waarvan 50% (in massa) moet worden verwijderd uit een met stof beladen gasstroom.

Wanneer deze informatie eenmaal bekend is, wordt een cycloon-diameter Da verondersteld, d50 overeenkomend met die Dc wordt berekend met behulp van de hieronder gegeven procedure. Als de berekende dso niet overeenkomt met de gewenste dso, wordt een nieuwe Dc verondersteld en wordt de berekening herhaald.

Na het vaststellen van de D c worden de verwijderingsefficiënties van de stofdeeltjes met diameters anders dan dso geschat met behulp van een grafiek zoals getoond in figuur 4.5.

De totale efficiëntie van de voorgestelde cycloon wordt vervolgens berekend met behulp van de relatie die wordt gegeven in Vgl. (4.10)

Er zijn twee benaderingen bij het ontwerpen van een cycloonscheider:

(1) De aanpak van Lapple en

(2) Force balansbenadering.

1. De aanpak van Lapple:

Deze benadering is gebaseerd op de volgende uitdrukking voor d 50

waarbij Ne = effectief aantal windingen in de dalende buitenwervel die in het algemeen tussen 1 en 10 = ligt

U I = invoeren van gassnelheid die varieert van 6 tot 24 m / s

Gewoonlijk wordt het als 16 m / s genomen.

De overeenkomstige uitdrukking voor drukval over een cycloon is

De drukval hangt af van het type cycloon. Sommige typische gegevens staan ​​vermeld in tabel 4.6.

2. Force Balance-aanpak:

De krachtbalansbenadering is gebaseerd op de volgende uitgangspunten:

(i) De deeltjes in een cycloon op een afstand R van de as ervaren een netto radiale kracht, wat het verschil is tussen de netto veldkracht (middelpuntvliedende kracht) en de sleepkracht.

(ii) Deeltjes met een diameter dso zullen worden onderworpen aan een netto kracht nul op

(v) Een uitdrukking voor U tan wordt verkregen door het balanceren van de momenten van krachten van het fluïdum bij de inlaat en uitlaat en de wandafschuifkracht om de cycloonas.

waarbij fs analoog is aan de wrijvingsfactor = 1/200

A 1, is het oppervlak van de inlaatleidingdoorsnede = B C H C

A s is cycloonoppervlaktegebied dat is blootgesteld aan de

Spinnen van gas

De ontwerpprocedure is om ad 50 te selecteren en een cycloon diameter D c aan te nemen . De cycloon diameter D c moet zo worden gekozen dat UI = Q / B c H c binnen het werkingsinlaatsnelheidbereik ligt (6-24 m / s, meestal 16 m / s).

Volgende d 5Q wordt berekend met behulp van Eqs. (4.25), (4.24), (4.23) en (4.22). In het geval dat de berekende dso niet overeenkomt met de vooraf geselecteerde dso, worden de stappen herhaald met een andere veronderstelde cycloondiameter. Het proces wordt herhaald totdat een cycloondiameter wordt gevonden die resulteert in een waarde van 50 dichtbij de vooraf geselecteerde dso.

Drukval over een dergelijke cycloon kan worden berekend met behulp van de relatie.

Er dient hier te worden opgemerkt dat de werkelijke scheidingsefficiëntie minder zou zijn dan die berekend met behulp van Vgl. (4.10) vanwege de volgende effecten:

1. Stuiteren van deeltjes van de muur in de binnenste werveling,

2. Deeltjes die van de top van de kegel worden opgepakt door de hopperstroming, en

3. Heropenting van deeltjes vanwege draaikolken.

Voorbeeld 4.2 :

Een conventionele cycloonscheider moet worden ontworpen voor het verwijderen van 50 procent deeltjes met een diameter van 5 pm en een dichtheid van 2, 5 g / cm3 uit een gas (lucht) stroom die met een snelheid van 7200 m3 / uur bij 30 ° C stroomt.

Oplossing:

Uit de literatuur blijkt de viscositeit van lucht bij 30 ° C 0, 018 centipoise te zijn.

0.018 centipoise = 1.8 x 10 -4 g / cms = 1.8 x 10 -5 kg / m s.

Een voorlopige schatting van een cycloon-diameter (Dc) om aan de bovengenoemde taak te voldoen, wordt verkregen met behulp van de benadering van Lapple, Vgl. (4.19) aanname

Device # 4. Filters:

In tegenstelling tot de andere typen scheidingsinrichtingen die eerder zijn besproken, wordt de filtratiebewerking uitgevoerd in een semi-batch-modus. Tijdens het eerste deel van de bewerking worden stofdeeltjes uit een met stof beladen gasstroom in de inrichting zelf gestopt en stroomt een relatief schone (stofvrije) gasstroom naar buiten. Het onderdeel in een filter, dat de stofdeeltjes feitelijk tegenhoudt, wordt een filtermedium genoemd.

Naarmate de hoeveelheid geaccumuleerde stofdeeltjes op het filtermedium toeneemt, neemt de weerstand tegen gasstroming toe. Het resulteert in een toename van het drukverschil over het filter in de tijd. Ten slotte wordt een fase bereikt wanneer het drukverschil gelijk is aan een vooraf ingestelde waarde.

Op dit punt wordt de gasinstroom gestopt en wordt het volgende stadium van de bewerking dat verwijdering van de geaccumuleerde stofdeeltjes (reinigen) wordt gestart. Nadat een aanzienlijke hoeveelheid van het opgehoopte stof is verwijderd, wordt de filtratie (instroom van met stof beladen gas) hervat. Filters worden geclassificeerd op basis van het type filtermedium dat wordt gebruikt.

De gebruikte media zijn:

1. Aggregaatmedium (grind) en

2. Vezelig medium (papier, vezelige mat, vilt, geweven stoffen, enz.).

Grind filter:

Aggregaat filtermedium wordt gebruikt voor hoge temperaturen en andere speciale toepassingen. Een typische filterinstallatie bestaat uit meerdere parallel opgestelde filtermodules. Een module wordt getoond in Fig. 4.6. Een van de meest aansprekende aspecten van een grindfilter is de capaciteit om hoge temperaturen te weerstaan.

Korrels gevonden in natuurlijke formatie worden gebruikt. De selectie is afhankelijk van de influentgastemperatuur. Kwartsgranulaat is bestand tegen een bedrijfstemperatuur nabij 800 ° C. De daadwerkelijke begrenzing van de bedrijfstemperatuur van een grindfilter hangt echter af van het constructiemateriaal dat voor de constructie ervan wordt gebruikt. De bewegende delen van een grindfilter zijn een terugslagklep en een harkmechanisme.

Omdat deze met tussenpozen worden gebruikt, is de slijtage van deze onderdelen laag. De onderkant van het filter fungeert als een cycloonseparator. Tijdens het reinigen laat men lucht of een ander gas in de tegenovergestelde richting stromen en wordt het harkmechanisme ingeschakeld. De losgeraakte stofdeeltjes worden verzameld in de onderstaande trechter. De opgehoopte stofdeeltjes worden van tijd tot tijd uit de hopper verwijderd. De drukval over een grindfilter kan variëren tussen 120 cm water.

Stoffen filter:

Sommige vezelachtige media, zoals papier en vezelige mat, zijn moeilijk te reinigen en opnieuw te gebruiken en daarom worden deze na gebruik gewoonlijk weggegooid. Deze zijn niet geschikt voor industriële gasreiniging. Vezelachtige media, zoals geweven en viltende doeken, worden op grote schaal gebruikt voor het winnen van waardevolle materialen uit industriële afvalgassen en voor het controleren van luchtvervuiling.

Een doekfilter dat ook wel een zakkenfilter wordt genoemd, maakt gebruik van buizen (gemaakt van textiel) die aan het ene uiteinde open zijn en aan het andere worden gesloten als het filtermedium. Verschillende buizen worden verticaal opgehangen in de behuizing van een draadframe met de open uiteinden onderaan. Met stof beladen gas komt een huis nabij zijn bodem binnen en beweegt door de open uiteinden van de buizen.

Het schone gas stroomt door de cilindrische oppervlakken van de buizen terwijl de stofdeeltjes binnenin worden vastgehouden. Een geschikt mechanisme is opgenomen in de behuizing voor het verwijderen (reinigen) van de geaccumuleerde stofdeeltjes van tijd tot tijd. De reinigingsoperatie kan online of off-line worden uitgevoerd.

Pre-behandeling:

De gebruikte stoffen zijn niet bestand tegen hoge temperaturen. Daarom is het noodzakelijk om het inkomende gas te koelen om de temperatuur onder de aanbevolen maximale bedrijfstemperatuur van de gekozen stof te brengen. Houd er rekening mee dat het intredegas binnen 30 ° - 60 ° C boven het dauwpunt moet liggen, omdat anders condensatie op de oppervlakken van de zak kan optreden. Condensatie zou resulteren in het vasthouden van vochtige vaste deeltjes aan de filtermedia, hetgeen de reinigingsbewerking zou hinderen.

Om de belasting op een doekfilter te verminderen, is het beter om het binnenkomende gas vooraf te reinigen met behulp van een graviteitszinker / cycloonscheider om deeltjes groter dan 20 - 30 μm te verwijderen wanneer er aanzienlijke hoeveelheden van aanwezig zijn.

Fabric Filtration Mechanism:

Deeltjesmateriaal uit een dragergas wordt verwijderd door stoffen door zeven, directe impactie, onderschepping vanwege de kracht van Van der Waal, Brownse diffusie en elektrostatische aantrekking. Het genereren van elektrostatische lading kan het gevolg zijn van wrijving tussen gas en weefsels en tussen de deeltjes en weefsels.

Geweven stoffen worden gemaakt door garens te weven. Als ze nieuw zijn, zijn de openingen tussen de garens vrij groot en kunnen sommige deeltjes gemakkelijk in de poriën doordringen. Sommige deeltjes worden op het doek vastgehouden. Naarmate de filtratie vordert, verzamelen zich steeds meer stofdeeltjes op het doek en vormen zo een 'filterkoek'. De cake fungeert nu als het filtermedium en is effectiever dan de doek zelf.

Viltdoek wordt gemaakt door naalden met weerhaakjes door twee of meer lagen geweven doek te duwen en deze vervolgens te combineren en vervolgens de oppervlaktelaag op te ruwen. De binnenlaag geeft sterkte en dimensionale stabiliteit, terwijl de willekeurig georiënteerde fijne stoffen op het oppervlak zorgen voor een hoge verzamelefficiëntie voor kleine deeltjes.

Materiaal van de stof:

Filterzakken zijn gemaakt van katoen, wol, acryl, nylon, nomex, polyester, polypropyleen, teflon en glasvezel. Van de negen stoffen met de naam de eerste twee zijn natuurlijk en de rest is synthetisch. Bij het selecteren van een stof voor een specifieke situatie moeten de volgende factoren in overweging worden genomen: bedrijfstemperatuur, zuurgraad / alkaliteit van het dragergas, agressiviteit van de deeltjes, lucht-tot-doekverhouding en ten slotte de kosten ervan. De kenmerken van de bovengenoemde stoffen worden vermeld in Tabel 4.7.

Filterreiniging:

Het periodiek reinigen van filterzakken is essentieel om de gewenste gasstroomsnelheid te handhaven. Reiniging kan worden bereikt door een zak te buigen en daardoor de stoflagen te verbreken en los te maken of door omgekeerde luchtstroom door zakken of door een combinatie van beide. Het mechanisch schudden van zakken door ze te buigen is tamelijk effectief bij het verwijderen van stof, tenzij de deeltjes te diep in de stoffen zijn ingebed.

Het mechanisch schudden resulteert echter in meer slijtage van de stof. Geweven stoffen kunnen een dergelijke behandeling ondergaan. Breekbare stoffen, zoals glasvezel en viltdoek, mogen niet mechanisch worden geschud. Luchtreiniging kan op verschillende manieren tot stand worden gebracht, zoals een omgekeerde luchtstroom, pulsstraal en blaasring.

Omgekeerde flow cleaning wordt uitgevoerd door een module off-stream te nemen. Lucht met een laag volume met hoog volume kan tegenstroom naar de normale stroomrichting laten stromen. Door de omgekeerde stroming vindt er buiging van zakken plaats en worden stoflagen losgemaakt. Sonic-generatoren worden soms gebruikt om de reinigingsbewerking te vergroten. Omdat dit proces niet veel spanning op het weefsel veroorzaakt, kan het ook gemakkelijk worden gebruikt voor breekbare stoffen.

Bij pulstreinreiniging wordt een stroom hoge druk (tot ongeveer 9 kg / cm2) luchtstraal aan de bovenkant gedurende korte tijd in een zak ingebracht (ongeveer 0, 1 sec of minder). Terwijl de straal uitzet, ervaart de zak een schok en trilling. De resulterende reiniging is redelijk goed. Pulsjetreiniging kan worden gebruikt voor het reinigen van alle soorten textiel anders dan katoen en glasvezel. Het proces kan online of offline worden gebruikt. Een pulsjetreiniger heeft geen bewegende delen.

Een reinigingsinrichting van het type met een blaasring gebruikt een straal lucht die door een reeks openingen aan de binnenzijde van een holle metalen ring steekt, die een zak nauw omsluit. De ring wordt op en neer langs de buitenkant van een zak bewogen door een ketting en kettingwiel. Lucht uit een blazer wordt door een flexibele slang naar de ring geleid.

De luchtstraal treft een klein deel van een zak en duwt dat gedeelte naar binnen. De filtercake is gebroken en losgeraakt. Omdat tijdens dit type reinigingshandeling de resterende delen van de zak normaal kunnen blijven werken, kan deze online worden uitgevoerd.

Elk type weefsel, geweven, vilt of breekbaar kan worden gereinigd met behulp van deze techniek, omdat deze niet veel worden belast. Dit type reinigingsopstelling wordt niet gebruikt voor grote installaties vanwege de hoge kosten en gecompliceerde machines.

Het systeem:

Een tassenhuis bestaat over het algemeen uit verschillende modules, waarbij elke module een onafhankelijke eenheid is. In elke module zijn meerdere tassen op de juiste manier ondergebracht. De diameter van de zak kan variëren van 7 tot 30 cm. Over het algemeen is het ongeveer 15 cm. De hoogte van een tas kan variëren van 0, 75 m tot 8 m.

Met stof beladen gas komt een module binnen via een inlaatkanaal. De inlaatkanalen van de verschillende modules zijn verbonden met een gemeenschappelijk spruitstuk. Heel vaak zijn schotten en diffusors in een spruitstuk voorzien voor een juiste verdeling van het met stof beladen gas. Tijdens filtratie kan gas van binnen naar buiten van een zak of de andere kant stromen. Het schone gas kan direct vanuit een module in de atmosfeer worden geloosd of naar een ander gemeenschappelijk verdeelstuk worden geleid voor verdere behandeling.

Elke module is voorzien van een geschikte zakreinigingsgadget, mechanisch of pneumatisch zoals eerder besproken. Elke module zou een hopper hebben om het stof te ontvangen dat losraakt tijdens het reinigen. Elke hopper is op zijn beurt uitgerust met een stofafvoerinrichting, zoals een dubbele afsluitklep of een roterende luchtvergrendeling.

Zelfs niet-ontvlambaar stof kan explosief zijn en daarom is elke module voorzien van een beschermingsapparaat / -apparaten, zoals explosieveilige elektrische fittingen, explosieopeningen (explosiedeuren / scharnierende panelen) en sprinklers om te zorgen voor een noodsituatie. Toegangsdeuren zijn aanwezig voor vervanging van defecte tassen en andere onderhoudswerkzaamheden. Figuur 4.7 toont een schematisch diagram van zakkenfiltermodule.

Een zakkenfilter op maat maken:

Om het totale (netto) doekoppervlak in te schatten, is de volgende basisinformatie vereist:

Gasdebiet, in m 3 / min;

Gasvochtgehalte, in% R.H;

Gastemperatuur, in ° C;

Deeltjesbelasting, in g / m 3 draaggas,

Deeltjesgrootteverdeling, in μm;

SO 2 -gehalte (indien aanwezig), in ppm;

Deeltjes (vaste) dichtheid, in g / cm3;

Gas Zuurgraad / Alkaliteit.

Op basis van de hierboven genoemde informatie moet men een geschikte stof en het type selecteren, dwz geweven / vilten. Consistent met de geselecteerde stof en het type ervan, moet ook een reinigingsmethode worden geselecteerd. Vervolgens wordt de filtratiesnelheid, uitgedrukt als lucht-tot-doekverhouding (A / C) bepaald met behulp van de gegevens in Tabel 4.8. De lucht / doekverhouding is afhankelijk van de samenstelling van de stofdeeltjes, de te gebruiken reinigingsmethode en de vraag of geweven / vilten stof is gekozen.

Air-to-Cloth ratio moet worden gekozen op basis van de richtlijn van de fabrikant. Normaal wordt een lagere waarde aangenomen voor het geweven doek en een hogere waarde voor het viltdoek.

Q gasstroomsnelheid, in m 3 gas / min en F-factor van 1, 04 tot 2.

1.04 Voor een zeer grote waarde van A- net en 2 voor een kleine waarde van A- net .

Efficiëntie van tassen en drukval :

De efficiency van het zakhuis hangt af van de stofdeeltjesgrootte, deeltjesbelasting, de gebruikte stof en de toegepaste reinigingsmethode. Een goed ontworpen eenheid kan een efficiëntie van 99% of meer hebben voor een deeltjesgrootte groter dan 1 μm. De drukval is normaal in de orde van 7, 5 tot 15 cm water.

Apparaat # 5. Elektrostatische precipitator (ESP):

Van de verschillende soorten droogdeeltjesafscheiders zijn elektrostatische precipitatoren het meest efficiënt. Het proces bestaat in principe uit het leiden van een met stof beladen gas door een leiding waarin een hoogspannings-gelijkstroomveld wordt gehandhaafd. De stofdeeltjes worden geladen en worden afgezet op het geaarde (elektrisch) oppervlak van de leiding terwijl het schone gas uit de leiding stroomt. De leiding kan horizontaal zijn (bestaande uit twee parallelle platen die naar elkaar toe zijn gericht en aan de bovenkant zijn gesloten) of verticaal (een pijp).

Horizontaal type ESP komt vaker voor. Precies halverwege tussen de twee platen worden verschillende metalen stukken (draadstrips) opgeschort. Deze dienen als de ontladingselektroden en de platen als de collectoren. In het geval van een verticale pijp dient een draad die verticaal is opgehangen langs de middellijn als de ontladingselektrode en het binnenoppervlak van de pijp fungeert als de collector. De verzamelde stofdeeltjes worden periodiek losgemaakt door het kloppen, trillen of wassen van de collectoroppervlakken.

De losgeraakte stofdeeltjes worden uiteindelijk opgevangen in een hopper die onder de leiding wordt geplaatst en die periodiek worden verwijderd met behulp van een geschikt mechanisch apparaat. In het geval van een horizontaal ESP stroomt stof beladen gas horizontaal tussen de platen van het ene uiteinde naar het andere terwijl in een verticale ESP het gas verticaal omhoog stroomt.

Voor droge verzameling is ophoping van stof op de collector toegestaan ​​tot ongeveer 6 mm of meer en vervolgens sterk getikt, zodat stof wordt losgelaten als grote klonters, die niet opnieuw worden meegevoerd. Zwakker en frequenter rappen zou vlokken van losgeraakt stof produceren, die gemakkelijk opnieuw kunnen worden meegevoerd. Nat stof verzamelen kan worden bereikt door water met tussenpozen of continu op de collector te sproeien of door middel van een overloop. De ontladingselektroden moeten ook worden schoongemaakt door ze met tussenpozen te kloppen.

Veldsterkte en elektroden:

Een veldsterkte van ongeveer 3 tot 6 kV / cm (dc) wordt normaal gebruikt met behulp van transformatoren gekoppeld met siliciumgelijkrichters en automatische spanningsregelaars. Vanwege de hoge veldsterkte vinden corona-ontladingen plaats, die elektronen met hoge snelheid produceren.

Een negatieve corona (corona op een negatieve draad) is effectiever omdat deze stabieler en efficiënter is. Voor een efficiënte werking is een optimale vonkenfrequentie 50-100 vonken per minuut. Gepulste bekrachtiging van een ESP met intervallen van miljoenste of microseconden verbetert de efficiëntie van de verzameling en verlaagt het energieverbruik.

In sommige ontwerpen is de diameter van de ontladingselektrode ongeveer 3 mm, in andere is deze groot. Onregelmatig gevormde ontladingselektroden met puntige uitsteeksels ontwikkelen een lokaal veld met hoge intensiteit en initiëren corona-ontlading. Vierkante, driehoekige en prikkeldraad worden soms gebruikt als ontladingselektroden. Sommige fabrikanten gebruiken metalen strips in plaats van draden. Collectorplaten kunnen vinnen / schotten hebben om te voorkomen dat de losgeraakte stofdeeltjes zich weer gaan ophopen en om ze mechanische sterkte te geven.

Deeltjesweerstand en ESP-behuizing:

Deeltjes met een lage elektrische weerstand (104-1007 ohm-cm) hebben de neiging om gemakkelijk hun lading te verliezen, van de plaat te vallen en opnieuw meegevoerd te worden. Deeltjes met een hoge soortelijke weerstand (1011 - 1013 ohm-cm) hebben de neiging om zich aan de collectorplaat te hechten en deze te isoleren. Met stof beladen gas dat stof met hoge weerstand bevat, kan worden geconditioneerd door NH3, SO2, stoom enz. Aan de gasstroom toe te voegen.

De bedrijfsdruk van een ESP kan variëren tussen een lichte druk van vacuüm tot ongeveer 10 atm en een temperatuur zo hoog als 600 ° C. Een ESP is ondergebracht in een gasdichte behuizing van staal of beton. Indien nodig kan de behuizing echter, vanuit corrosieoogpunt, bekleed zijn met lood of plastic. Wanneer de waterzuivering van de collector wordt gedaan, worden nevel en sommige oplosbare gassen ook samen met de stofdeeltjes verwijderd.

In een specifieke situatie kan een combinatie van de hieronder vermelde alternatieven worden gekozen voor de bouw / exploitatie van een ESP:

(i) Droge / natte neerslag,

(ii) horizontale / verticale gasstroom,

(iii) Enkel / gesegmenteerd plaattype, en

(iv) Operatie onder druk / vacuüm,

ESP-mechanisme:

Vanwege het hoge spanningsverschil tussen de centrale ontladingselektrode en de grondcollector vindt er corona-ontlading plaats. Tijdens corona-ontlading worden elektronen geëmitteerd en versnellen ze tot hoge snelheden. Dergelijke elektronen bij de botsing met gasmoleculen zoals 02, ioniseren ze en geven elektronen vrij die het proces van gasionisatie voortzetten.

De gasvormige ionen laden vervolgens de gesuspendeerde stofdeeltjes in hun omgeving ofwel door botsing (bombardement) of door diffusie. Deeltjes groter dan 1 μm worden in het algemeen geladen door botsing, terwijl fijnere deeltjes worden geladen door diffusie. De geladen deeltjes migreren vervolgens naar de grondverzamelaar en geven hun ladingen op. In het geval van droge verzamelaars kan wat meegevoerd worden met deeltjes. In het geval van natte collectors is het meesleuren vrijwel afwezig.

De veldsterkte wordt zo gehandhaafd dat er een beperkte vonkenfrequentie is. Tijdens het vonken is er een momentane spanningsval die resulteert in het instorten van het elektrostatische veld en de daaruit volgende verstopping van stofafzetting. Overmatige vonken betekent verlies van ingangsvermogen in de vonkstroom. In een ESP wordt een deeltje onderworpen aan de zwaartekracht, een sleepkracht en een elektrische veldkracht. De veldkracht zou het deeltje naar de collector trekken, terwijl de sleepkracht zou verzetten tegen zijn beweging naar de collector.

De resulterende kracht zou ervoor zorgen dat het deeltje met een bepaalde snelheid naar de collector migreert, wat de 'driftsnelheid' wordt genoemd. De grootte van de driftsnelheid van een deeltje hangt af van factoren zoals de wijze van deeltjeslading, deeltjesgrootte, gassnelheid, veldsterkte en deeltjesweerstand, etc.

De driftsnelheid van een door bombardement geladen deeltje kan worden berekend met behulp van de relatie

U p, dp = 3.694 10 -6 E 2 p dp / μ (4.29)

Als het laden echter plaatsvindt door diffusie, kan de driftsnelheid worden benaderd als

U p, dp = 3-097 x 10 -4 K m E / μ

waar, U p dp = driftsnelheid van deeltjes met een diameter dp, in m / s.

Typische gegevens over de driftsnelheid van enkele specifieke deeltjes staan ​​vermeld in tabel 4.9.

Er wordt hier op gewezen dat ESP-fabrikanten voor ontwerpdoelstellingen hun praktijkervaring gebruiken in plaats van te vertrouwen op de drift-snelheidsgegevens die zijn berekend op basis van vergelijking. (4.29) en (4.30).

Pre-behandeling:

Om de stofbelasting op een ESP te verminderen, kan de influentgasstroom worden voorbehandeld in een zwaartekrachtbezinker of een centrifugale scheider (cycloon). In het geval van droge ESP moet het influentgas een temperatuur hebben van bijvoorbeeld 25 ° -50 ° C boven het dauwpunt, en daarom moet het gas indien nodig worden voorverwarmd.

ESP Collection Efficiency:

Een schematisch diagram van een parallelle plaatopstelling is getoond in Fig. 4.8.

Een met stof beladen dragergas dat gesuspendeerde deeltjes met verschillende groottes draagt ​​stroomt tussen twee parallelle platen met een lineaire snelheid U horizontaal. De deeltjes na het binnengaan van het kanaal worden geladen en bewegen naar de collectorplaten bij hun respectieve driftsnelheden.

Laten we de progressieve veranderingen in de concentratie van de deeltjes (met een diameter van dpi) analyseren terwijl het transportgas van het ingangseinde naar het uitgangseinde beweegt. Een materiaalbalans over een elementaire lengte dL levert de Eq. (4, 31)

waarbij H = hoogte van een plaat,

L I = lengte van een bord,

2 S = Plaatafstand,

U p dpj = Driftsnelheid van deeltjes met een diameter van dpi

U = Horizontale gassnelheid grondig de ESP,

A = Collectoroppervlak van twee platen = 2 L 1 H

q = Volumetrisch gasdebiet door een kanaal tussen twee platen = Q / n,

n = aantal kanalen,

Q = totale volumetrische gasstroomsnelheid.

Een uitdrukking voor de verzameling (verwijdering) efficiëntie van een dergelijke eenheid voor deeltjes met een diameter van dpi kan worden verkregen door Or. (4.32).

Hoewel verg. (4.33) is derived for a pair of parallel plates it is also valid for a tubular collector.

It has been reported that the experimental collection efficiency data fits Eq. (4.34) better than the theoretically derived Eq. (4.33).

Where the numerical value of m ranges between 0.4 to 0.7. The value of m may be approximated as 0.5

If it is desired to remove all the particles of a specific size dpi from a dust laden gas stream, then minimum length of a parallel plate collector (L dpj ) should be equal to SU/U p dpj so that the particles which are at the mid-plane between the plates at the entrance would be able to reach the plates before the carrier gas sweeps them away out of the channel.

Under this condition those particles having drift velocities greater than U p dpj would also be completely removed but those having lower drift velocities would be partially removed.

It is to be noted here that the particles take some time to get charged and acquire their drift velocities after entering a channel. The charging time 't c ' is about 0.3 sec. Hence the required minimum collector length for 100% removal of particles having a diameter dpi is

L dpi, (100%) = SU/U p.dpi + U× t c .

ESP Design Approach:

For estimating the dimensions of an ESP (L, H, S, and the number of parallel channels, n) the basic information required are particle size and mass distribution data, total volumetric gas-flow rate and the desired overall removal efficiency.

Based on these an ESP may be sized through the following steps:

Stap I:

A specific particle size dpi is chosen whose complete removal is desired.

Stap II:

Influent gas velocity (U), plate spacing (25), plate height (H) and field strength (E) are assumed.

Stap III:

The drift velocities of the dust particles are estimated using Eqs. (4.29) and (4.30).

Stap IV:

L dpj is calculated using Eqs. (4.33) and (4.35), whichever is larger should be accepted.

Stap V:

The removal efficiencies of the dust particles having a diameter other than dpi are estimated using Eq. (4.34).

Stap VI:

The overall collection efficiency of the proposed ESP is estimated using Eq. (4.10).

N overall = Σm dpi × n dpi /Σm dpi

If the estimated overall efficiency does not match the desired efficiency, then some of the parameters listed in step II are changed and the steps III, IV, V and VI are reworked till the estimated overall removal efficiency matches the desired one.

The ratio of the effective length to the effective height of an ESP is referred to as the Aspect Ratio (AR). It generally ranges between 0.5 to 2. For 99.5 + % removal efficiency the AR should be greater than 2.

The number of parallel channels in a module is estimated using the relation,

n = Q/q, (4.36)

where Q is the total volumetric gas-flow rate.

ESP Performance:

An ESP is used to remove particles ranging in size from 300 (am to 1pm and the overall removal efficiency may be as high as 99.9%. Since the efficiency is a logarithmic function of the collector area, the area required for 99 % collection is about twice that required for 90% collection. The efficiency may be more than 99% for particles larger than 2 pm. The pressure loss is less than 2.5 cm of water. Power consumption is about 75-750 kW per 10, 000 Nm 3 /min gas-flow rate.

The actual performance of an ESP may be poorer than the calculated one because of re-entrainment, improper electrical setting, badly adjusted rapper, excessive dust build-up, channeling of gas, high electrical resistivity, low SO 2 content of the carrier gas. Sectionalized units have higher efficiency.

Normally an ESP operates in the particle resistivity range of 10 4 -10 12 ohm-cm. For resistivity less than 10 4 the particles lose their charge easily and hence are not collected. For resistivity more than 5 x 10 10 particles are held rigidly to the collector. Strong rapping required for dislodging such particles results in re-entrainment.

Advantages and Disadvantages of an ESP :

voordelen:

1. Low pressure drop (draft loss),

2. Can handle gas at high temperature and pressure,

3. High collection efficiency even for small particles < 0.1 µm,

4. Variation of gas-flow rate and dust loading do not affect the efficiency much,

5. Can be operated both in dry and wet conditions,

6. Can handle corrosive gases,

7. Maintenance cost is low as there are fewer moving parts,

8. Low operating cost compared to other high efficiency dust removal systems.

nadelen:

1. Initial cost is high,

2. More space is required,

3. It is not suitable for combustible dust and or gases,

4. Actual removal efficiency may be low if not operated properly,

5. Conditioning agents may be required for resistive particles.

In Table 4.10 the normal range of variation of the parameters of plate type commercial ESPs are listed.

Table 4.10 : Normal Range of Variation of Parameter Values of Plate Type Commercial ESPs

Example 4.3:

Design a suitable parallel plate electrostatic precipitator (ESP) for 99.5 percent removal of particles having a diameter 20 µm from a carrier gas (air) flowing at the rate of 30, 000 m 3 /hour at 30 °C.

Following data may be used for design purpose:

Oplossing:

Since U p dpi is given it is not necessary to calculate the same using either Eq. (4.29) or Eq. (4.30). From Eq (4. 33).

Device # 6. Scrubbers:

Scrubbers are widely used in industries for removal of dust particles, suspended liquid droplets and also for absorption of gaseous pollutants from effluent gas streams. In a scrubber a gas stream is brought in contact with a liquid stream (generally water) either in the form of a spray or a pool as a result of which the suspended particles are collected in the liquid stream and thereby form a slurry.

The treated gas saturated with water vapour and containing some water droplets comes out of the scrubber. The slurry often needs further treatment before its final disposal. In dry cleaners discussed earlier one does not encounter this problem.

In a scrubber the mechanism of collection of larger particles (dp > 0.3 pm) is predominantly interception and impingement, leading to agglomeration of particles. The finer particles (dp < 0.3pm) are mainly collected due to diffusion. If a gas stream cools down below its dew point coming in contact with the scrubbing liquid then the process of dust collection gets boosted.

One finds such a wide variety of industrial scrubbers that it becomes very difficult to classify them properly. All conceivable means of contacting gas and liquid streams have been and are being employed. A classification based on scrubber internals and scrubber liquid flow pattern is given in Table 4.11.

Scrubbers are also classified as 'low Energy' and 'high energy' type as listed below:

Some of the scrubbers listed in Table 4.11 are described hereunder. Their performance and other relevant data are tabulated in Table 4.12.

1. Plate Columns:

Sieve Plate:

In sieve plate columns the flow is countercurrent. The scrubbing liquid enters at the top and flows down. The gas enters near the bottom and flows up. Water flows over plates forming a pool about 2.5 cm deep on each plate. The dust-laden gas enters a plate through its perforations and bubbles through the liquid pool on it.

The mechanism of dust collection is interception and impingement. The pressure drop across such a column depends on the number of plates employed and the depth of liquid on each plate. The collection efficiency depends on the number of plates in a column, perforation diameter and gas velocity. It may be 90% or more for particle size 5 µm and larger.

Bubble Cap and Baffle Plate Column:

These scrubbers are vertical towers with one or more perforated plates mounted horizontally inside like the sieve plate columns. The difference lies in the fact that at a short distance above each perforation on a plate a cap or a baffle is placed submerged in the liquid pool on the plate. Because of impingement on the obstruction and subsequent change in direction of the flowing gas the collection efficiency is higher than that of a sieve plate column.

The efficiency increases as the holes diameter decreases. Decrease of gas velocity also increases the efficiency. The efficiency decreases with the decrease in the particle size. Because of improper removal of the collected particles from plates scaling and plugging of the perforations may take place.

2. Packed Scrubbers:

A packed bed scrubber is also a vertical tower in which the dirty gas generally enters at the bottom and flows up through a bed of pickings resting on a packing support. The scrubbing liquid is introduced at the top and is distributed throughout the cross section of the tower. As the gas flows up through the tortuous channels in between the pickings it comes in contact with wet packing surfaces where the particles are arrested due to inertial interception and impingement.

Packed scrubbers are of two types: fixed bed type and floating bed type.

A fixed bed may be either countercurrent or concurrent type. In a concurrent type both gas and liquid enter at the top. In a fixed bed the pickings are heavy and they rest on a packing support. Fixed beds are susceptible to choking at high dust load and low void age.

In floating type packed beds plastic balls made of polyethylene, polypropylene or other thermo plastic materials are generally used as they are resistant to corrosion and lighter than water. The packing's are confined between two perforated horizontal plates. The distance between the plates is normally about 0.5 m. A floating type bed is countercurrent type.

The gas enters at the bottom at a velocity of about 2 to 4 m/s. At low velocities the packing's form a fixed bed on the lower support plate, while at high gas velocities the packing's form a fixed bed below the restraining upper plate. At an intermediate velocity the packing would be floating and in turbulent motion.

For treatment of gases containing corrosive constituents FRP (glass fiber reinforced plastic) may be used for construction of such columns instead of rubber or plastic lined steel or such other materials. Collection efficiency increases as smaller packing's are used since they provide more surface area per unit packed volume. Use of smaller size packing would result in higher-pressure drop.

3. Fiber Bed:

A bed made of knitted plastic, fiber glass, metal wire or meshed fiber is used as a filter. Such a bed has a void percentage around 97-99%. The bed is kept wet and it is flushed with the scrubbing liquid. This helps in collecting particles and removing the collected particles in the form of a slurry.

Collection of particles due to impaction improves as fiber diameter decrease and gas velocity increases, whereas collection by diffusion increases as gas velocity decreases. The wire/fiber diameter should be small for efficient operation but must be able to provide sufficient mechanical strength so as to support its weight along with those of the collected particles and retained liquid.

4. Spray Contactors:

In these scrubbers a dust-laden gas is brought into contact with atomized liquid droplets. Atomization may be achieved by forcing the scrubbing liquid through nozzles or it may be induced by allowing the gas to flow at a high velocity (60-120 m/s) through a venturi or an orifice type device.

The liquid droplets collect the solid particles by inertial impaction and impingement. The removal efficiency is dependent on the particle size, liquid drop size, gas velocity and liquid to gas ratio. The dust laden droplets are separated from the gas by using gravity settlers or packed beds or cyclone type devices.

In spray scrubbers, where liquid droplets are removed by gravity settling the cut size is around 2 pm and the optimum droplet diameters for fine particle collection is 100 to 500 pm. For cut size around 0.7 pm high velocity sprays are more efficient. The liquid to gas ratio in spray scrubbers is in the range of 4000-14000 lit/1000 Nm 3 . Centrifugal Scrubber can recover particles smaller than those recovered by spray scrubbers. The cut diameter is between 2 to 3 pm. The collection efficiency is 97% or more for particles > 1 µm.

Venturi Scrubber :

Venturi Scrubbers are high efficiency wet scrubbers where particles even finer than 2 pm are effectively removed. These are as efficient as ESPs and fabric filters. Initial cost of a venturi scrubber is less than that of an ESP or a bag house, however the operating cost is high. If the particles to be removed are sticky/flammable/corrosive, a venturi scrubber is a better choice over an ESP or a bag house.

A venturi scrubber is basically a convergent-divergent duct with a throat where the cross section is the minimum. It may have a cylindrical or rectangular cross section. The gas enters the convergent section and the scrubbing liquid may be introduced either at the entrance of the convergent section or at the throat in the form of a spray.

When the gas and liquid droplets pass through the throat at a high velocity the particles are collected in the liquid droplets due to interception, impingement and diffusion. The collection efficiency increases as the throat length is increased with consequent increase in pressure drop. The optimum ratio of throat length to diameter is 3: 1.

The particle laden liquid droplets as they come out of the divergent sections are separated from the gas in a cyclone or a mist eliminator. When the influent gas is hot, the scrubbing liquid is introduced at the section where the convergent section starts, but when the gas temperature is not high or it is almost saturated with moisture the liquid is introduced at the throat.

The gas velocity at the throat ranges between 50-180 m/s at which it is most efficient. When the gas flow rate is high a rectangular venturi is used. The liquid to gas ratio normally ranges between 900-1400 lit/1000m 3 . A liquid flow rate of 400 lit/1000 m 3 is insufficient to cover the throat. The collection efficiency does not improve much beyond a liquid flow rate of 1400 lit/1000 m 3 . The converging angle is generally 25°- 28° and the diverging angle is 6°- 7°.

The pressure drop AP, across a venturi scrubber may be calculated using the relation,

∆P=1x 10 -5 V 2 L (4.37)

where, ∆P is in cm of water gauge, V= gas velocity at the throat, in m/s, and L = liquid flow rate in lit/1000 m 3 . At a liquid rate of 650 lit/1000 m 3 the ∆P calculated using Eq. (4.37) is quite accurate, but at a liquid rate of 1600 lit/1000 m 3 the calculated ∆P is higher than the actual.

Impingement and Entrainment Scrubbers :

In such scrubbers the gas to be scrubbed is passed through a trap partly or completely filled with water. The suspended particles are arrested by inertial impaction. The treated gas entrains some water droplets, which also help in removing some of the suspended particles.

Mechanically Aided Scrubbers:

This type of scrubbers use a motor driven device to bring about intimate contact between a dirty gas and liquid droplets. The motor driven device is often a fan, which moves the gas. The scrubbing liquid is introduced as a spray at the hub of the fan. The finer droplets move with the gas. The larger droplets hit the fan blades and wash the deposited particles. While leaving the blades at their tips the liquid gets atomized.

The dust-laden droplets are separated from the gas with the help of a suitable device. For producing liquid droplets (spray) the rotor may be partially submerged or Water may be injected between the rotor and stator. Such devices may experience high erosion, abrasion and Corrosion

In Table 4.12 the performance and other related information about some types of scrubbers are listed.

It is to be noted here that a scrubbed gas stream would invariably contain liquid droplets and its temperature would not be much higher than that of the influent scrubbing liquid. Hence the treated gas stream has to be freed from liquid droplets and mists and then reheated before purging the same to the atmosphere through a stack.

Extra informatie:

Removal of Liquid Droplets and Mists:

The mechanisms by which suspended liquid droplets and mists may be removed are similar to those for solid particle removal. Removal of suspended liquid droplets is somewhat easier than that of solid particles. Liquid droplets coalesces easily on interception and drain off. Unlike solid particles, liquid droplets once separated are not re-entrained easily. Some of the devices, which are used, for removal of solid particles may also be used for removal of suspended liquid droplets.

The following types of devices are commonly employed for removal of gas-borne liquid droplets:

(a) Packed beds,

(b) Cyclones,

(c) Baffle system,

(d) ESP,

(e) Filter.

Packed beds and cyclones do not need any scrubbing liquid for arresting liquid droplets. Draining of collected liquid from an ESP collector surface occurs due to gravity and does not require any hammering. A special type of filter media is a pad made of knitted wire or fibrous mesh occupying the entire cross section of a vertical tower. It is very often used for filtering liquid droplets and mists. Such pads made of 0.3 to 1.5 mm diameter wire or fibre has high void volume and causes low pressure drop even at high gas velocities.

These devices are termed as 'mist eliminators' or 'demisters'. Very fine wires or fibres are not used for fabricating the pads and the pads are not densely packed as that would cause retention of more liquid and thereby finally block the flow channels.

The optimum gas velocity for such filters may be calculated using the relation

The numerical value of K in a given situation depends on factors like liquid density, liquid viscosity, surface tension, droplet size, etc.

Cooling and Condensation:

After removal of suspended solid particles from a gas stream using any device other than a scrubber it becomes necessary to cool the stream when any one of the following methods is to be employed for removal of the gaseous pollutants:

(i) Condensation of a vapour,

(ii) Absorption of gaseous pollutant (s),

(iii) Adsorption of gaseous pollutant (s),

(iv) Chemical reactions other than incineration.

Cooling of a gas stream may be carried out using either a direct contact heat exchanger or a surface (indirect contact) exchanger. In a direct contact exchanger a gas stream is brought into intimate contact with a large quantity of a liquid (generally water) at a temperature lower than the dew point of the gas..

The contacting equipment may be similar to any one of the wet scrubbers described earlier. As a result of heat exchange between the gas and the liquid, the gas stream may be cooled to the desired temperature and condensable vapour present, if any, may get condensed. This type of exchanger may be used when the condensable vapour is not having any economic value. The coolant temperature would rise during the process. Its rate may be calculated using Eq. (4.39) obtained by heat balancing.

If the gas is not cooled below its dew point then the gas would pick up some vapour (of the coolant) during the process. In such a situation the coolant rate may be calculated using Eq. (4.39a).

Indirect contact (surface) exchangers are generally shell and tube type. The tubes may be with or without fins. Of the two fluids (hot gas and coolant) one would flow through the tubes and the other would flow outside the tubes. The coolant may be either air or some other fluid depending upon whether the exchanger will act as a cooler or a cooler-cum-condenser. In Table 4.13 some guidelines for coolant selection and its inlet temperature are given.

Indirect Contact Exchanger Design Approach:

The basic design equation for a shell and tube heat exchanger is

Eq. [4.40] is applicable when cooling is accompanied by condensation of vapour. When there is no condensation the term Σʎ(y 1i – y 2i ) will be equal to zero. The symbols L, C pl, T L1 and T L2 refer to the coolant stream flow rate, specific heat of liquid, inlet and outlet temperatures.

Where q = rate of heat transfer,

U h = overall heat transfer coefficient,

A h = Heat transfer area, and

∆tm = mean temperature difference, a function of T L1, T L2, T g1 and T g2 .

The actual expression for evaluation of ∆tm depends on the flow arrangement of the fluids in an exchanger.

Figure 4.10 shows a sketch of a shell and tube type cooler-condenser.

The overall heat transfer co-efficient, U h, can be evaluated by combining the individual co-efficient using Eq. (4.41).

Typical values of the above named parameters are listed in Table 4.14.

For evaluation of U h in a specific situation the individual coefficient should be estimated using information and correlations available in standard books on Heat Transfer.